JP5147618B2 - 評価方法及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は評価方法及び露光装置に関する。

従来の投影露光装置においては実際に露光される原版を使用した露光結果に基づいて投影光学系のフォーカスやディストーション、その他の収差などの光学性能を評価していた。しかし、原版の大型化に伴い、原版の自重変形（撓み）によって露光性能が劣化し、露光結果にエラーがある場合それが投影光学系に起因するのか原版に起因するのかが判断できなくなった。そこで、特許文献１は、原版の片面に圧力室を形成して圧力室の圧力を調節することによって原版の撓みを補正することを提案している。特許文献２は、投影光学系でフォーカス調整を行って補正することを提案している。

その他の従来技術としては特許文献３がある。
特開平１０−９２７１８号公報 特開平１０−２１４７８０号公報 国際公開０３／０８８３２９号パンフレット

しかし、原版の大型化に伴い、特許文献１による補正機構では原版の自重変形を除去し難くなってきた。また、原版の大型化により原版の厚みむらやパターン描画誤差量が解像性能に与える影響を無視できなくなってきた。更に、特許文献２のように、原版の誤差を投影光学系の誤差として扱うと高精度な補正が行えない。

本発明は、原版の大型化に起因する誤差を低減し、高精度に投影光学系の光学性能を評価することが可能な評価方法及び露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての露光装置は、原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、露光に使用されるパターンを持つ露光用原版と、前記投影光学系の光学性能の評価に使用されるパターンを持つ評価用原版と、を搭載する原版ステージと、前記原版ステージを走査方向である第１方向に駆動させる第１駆動機構と、前記評価用原版を前記原版ステージ上で駆動させる第２駆動機構と、を有し、前記評価用原版の前記第１方向と直交する方向である第２方向の幅は、前記露光用原版の第２方向の幅よりも短く、前記第２駆動機構は、前記評価用原版を第２方向に駆動させることを特徴とする。

本発明の一側面としての評価方法は、露光用原版の露光用パターンの像を投影光学系で基板上に投影し、前記露光用原版及び前記基板を走査方向である第１方向に移動して前記基板を走査露光する露光装置の前記投影光学系の光学性能を評価する評価方法であって、前記投影光学系の光学性能の評価に使用される評価用パターンを持つ評価用原版を前記第１方向と直交する第２方向に移動するステップと、前記評価用パターンの像を前記投影光学系で投影するステップと、を有し、前記評価用原版の第２方向の幅は、前記露光用原版の第２方向の幅よりも短いことを特徴とする。

本発明によれば、原版の大型化に起因する誤差を低減し、高精度に投影光学系の光学性能を評価することが可能な評価方法及び露光装置を提供することができる。

図１は本実施例の露光装置１０の斜視図、図２はその断面図である。本実施例の露光装置１０は、ステップアンドスキャン方式の露光装置であり、照明装置１２と、原版ステージ２０と、投影光学系３０と、基板ステージ４０と、を有する。露光装置１０は、光源からの光束を利用して原版Ｍ１を照明装置１２で照明して投影光学系３０を介してパターンを基板Ｐに走査露光する投影露光装置である。

照明装置１２は、原版Ｍ１又はＭ２を照明し、露光光ＥＬとしての光束を射出する光源と、原版を均一に照明する照明光学系と、を有する。光源としては、起高圧水銀ランプやエキシマレーザーを使用することができる。本実施例の照明光学系は、照明領域である円弧形状の露光スリットを形成するが、照明領域の形状はそれに限定されず、矩形形状やその他の形状を有してもよい。原版Ｍ１又はＭ２は、露光スリットにより走査方向であるＹ軸方向に走査される。照明光学系は、照明領域を規定するマスキングブレードやスリット部材を有する。

原版ステージ２０は、原版Ｍ１及び原版Ｍ２を支持する。また、原版ステージ２０には、走査方向であるＹ軸方向（第１方向）に原版ステージ２０を駆動する駆動機構（第１駆動機構）２１が設けられている。原版ステージ２０には、原版Ｍ２を保持する保持機構２２と、保持機構２２及び原版Ｍ２を走査方向に直交する方向であるＸ軸方向（第２方向）に駆動する駆動機構（第２駆動機構）２３が更に設けられている。駆動機構２３は、原版Ｍ１をＸ軸方向には移動せず（静止させた状態で）原版Ｍ２のみをＸ軸方向に移動する。この結果、原版Ｍ２は、駆動機構２１及び２３により、ＸＹ平面内の任意の場所に二次元的に移動することができる。

本実施例では、露光用の原版Ｍ１を搭載している原版ステージ２０が評価用の原版Ｍ２を更に搭載している。但し、原版ステージ２０は、評価時に原版Ｍ１を取り外し、空いた空間に原版Ｍ２と保持機構２２と駆動機構２３を取り付け、評価終了後露光前に原版Ｍ２と保持機構２２と駆動機構２３を取り外してより大きい原版Ｍ１を取り付けてもよい。あるいは、両原版を別々の原版ステージに設けて、露光に使用される原版ステージと光学性能の評価に使用される原版ステージを分けてもよい。

原版Ｍ１は、実際の露光される回路パターン（露光用パターン）を有する矩形形状の露光用原版（マスク又はレチクル）である。原版Ｍ１は、大型であるため、原版Ｍ１が投影光学系３０の光学性能を評価するのにも使用されると、原版Ｍ１の自重変形、厚み変化、パターン描画誤差が露光結果に影響を与える。この結果、露光結果にエラーがある場合にそれが投影光学系３０の光学性能に起因するのか原版Ｍ１に起因するのか判断できなくなる。

なお、本実施例では、実際の露光に使用される原版Ｍ１の寸法は自重変形の影響が無視できない寸法を有する。具体的には、矩形形状の原版Ｍ１の短辺が２５０ｍｍよりも大きい寸法（長さ）を有する。また、本実施例の原版Ｍ１は透過型原版である。透過型原版は、周囲の四辺又は対向する二辺が保持されるので重力による自重変形が特に発生し易い。

一方、原版Ｍ２は、投影光学系３０の光学性能（フォーカスやディストーションなどの収差）を評価するのに使用される評価用パターン（十字パターン、縦パターンなど）を有する矩形形状の評価用原版（マスク又はレチクル）である。例えば、ディストーション用のパターンは基準格子パターンである。本実施例の原版Ｍ２は透過型原版である。

原版の自重変形の露光に与える影響はその寸法が小さくなるにつれて減少し、寸法が十分小さい原版では自重変形の影響が無視できる。従って、原版Ｍ２の寸法は原版Ｍ１の寸法よりも小さく、自重変形の影響が原版Ｍ１よりも抑えられている。少なくとも原版Ｍ２のＸ軸方向の辺の長さ（幅）は、原版Ｍ１のＸ軸方向の長さよりも短いことが必要であり、好ましくは、原版Ｍ１の照明領域のＸ軸方向の長さよりも短い。つまり、評価用原版Ｍ２のＹ軸方向（第１方向）と直交する方向であるＸ軸方向（第２方向）の幅は、露光用原版Ｍ１の第２方向よりも短い。また、原版Ｍ２のＹ軸方向の幅は、原版Ｍ１のＹ軸方向の幅よりも短い。本実施例では、矩形形状を有する原版Ｍ２の長い方の辺（長辺）は自重変形の影響が無視できる程度に小さい寸法、具体的には、２５０ｍｍ以下に設定されている。また、矩形形状を有する原版Ｍ２の短い方の辺（短辺）は、評価用パターンが描画可能な程度に大きい寸法、具体的には、保持部を考慮すると５０ｍｍ以上に設定されている。この結果、原版Ｍ２の一辺は５０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下に設定されている。なお、このとき、原版Ｍ２上の露光領域の短辺は５ｍｍ以上、長辺は２０５ｍｍ以下に設定されることになる。

図３は、照明装置１２の照明光学系がＸ軸方向に７５０ｍｍ、Ｙ軸方向に１００ｍｍの寸法を有する円弧形状の露光スリットＥＡを形成する場合の例を示す平面図である。この場合、１１０ｍｍ四方にパターンが描画されている６インチ角の原版Ｍ２を使用すればよい。

保持機構２２がＸ軸方向に移動することで発生するＹ軸方向とＺ軸方向の位置誤差は原版ステージ２０や保持機構２２を組み立てる際に性能評価を行い、露光結果に反映される。例えば、保持機構２２がＸ軸方向に移動することによって発生するＺ軸方向の誤差はフォーカス値に変換され、基板ステージ４０のＺ軸方向の移動量で補正される。また、保持機構２２がＸ軸方向に走ることで発生するＹ軸方向の誤差はディストーションの値に変換され、投影光学系３０に設けられているディストーション補正用の光学素子駆動機構３５の駆動量で補正される。

投影光学系３０は、原版と基板Ｐとを光学的に共役に維持し、原版パターンの像を基板Ｐ上に投影する。本実施例では、図２に示すように、反射屈折型光学系として構成され、台形ミラー３１、凸ミラー３２、凹面ミラー３３と、非球面レンズ３４を有する。但し、本発明は投影光学系３０の構成を特に限定せず、投影光学系３０として屈折系又は反射系を代わりに使用してもよい。また、本実施例では、投影光学系３０の投影倍率は等倍であるが、本発明は縮小倍率を有する投影光学系にも適用することができる。

基板ステージ４０は基板Ｐを支持してこれをＸＹＺの各軸の方向及び各軸周りの方向に駆動する。基板Ｐは、本実施例では、液晶基板であるが、本発明は基板の種類を限定しない。また、基板Ｐの平坦度を予め計測しておいて基板Ｐに起因する誤差をフォーカス値に変換して基板ステージ４０のＺ軸方向の移動量で補正しておく。

図４は、評価方法及び補正方法を説明するためのフローチャートである。「Ｓ」はステップを表す。Ｓ１０２〜Ｓ１０８までが評価方法であり、Ｓ１０２〜Ｓ１１０が補正方法である。

評価を行う前提として、原版Ｍ１と必要な部材を原版ステージ２０から取り外し、原版Ｍ２、保持機構２２及び駆動機構２３を原版ステージ２０に取り付けておく。また、原版Ｍ２を駆動する駆動機構２１、２３を含む投影光学系以外の部材が露光結果に与える影響を相殺するように投影光学系を予め調節しておく（Ｓ１０２）。

次に、原版Ｍ２を投影光学系３０の露光で使用される範囲内の被測定位置に対応する位置に移動する（Ｓ１０４）。原版ステージ２０が駆動機構２１によりＹ軸方向に移動し、保持機構２２が駆動機構２３によりＸ軸方向に移動する。

次に、原版Ｍ２を照明装置１２の露光用の光源で露光する（Ｓ１０６）。即ち、原版Ｍ２を透過した露光光ＥＬは、投影光学系３０の一部の領域に入射し、投影光学系３０は、原版Ｍ２のパターンの像を基板Ｐ上に投影する。この場合、照明装置１２のマスキングブレードやスリット部材を使用して、原版Ｍ２に合わせて原版Ｍ２を照明する照明領域を原版Ｍ１を照明する照明領域（図３に示す露光スリットＥＡ）よりも制限する。これにより、不要な光が基板Ｐに入射するのを防止することができる。

次に、露光結果に基づいて投影光学系３０の光学性能を評価する（Ｓ１０８）。上述したように、原版Ｍ２に起因する誤差は抑えられており、駆動機構２１及び２３に起因する誤差と基板Ｐに起因する誤差は補正されている。この結果、投影光学系３０の光学性能を高精度に測定して評価することができる。なお、投影光学系３０の露光に使用される全範囲の光学性能を評価する代わりに特定の範囲の光学性能を評価してもよい。

評価後、露光前に、評価結果に基づいて投影光学系３０の光学素子の位置や姿勢を補正して光学性能を補正する（Ｓ１１０）。また、原版Ｍ２、保持機構２２及び駆動機構２３を原版ステージ２０から取り外して、原版Ｍ１と必要な部材を原版ステージ２０に取り付ける。

露光において、原版Ｍ１を透過した露光光ＥＬは、投影光学系３０に入射し、投影光学系３０は、原版Ｍ１のパターンの像を基板Ｐ上に投影する。投影光学系３０は、評価結果に基づいて補正されているので高い結像性能を維持することができる。

デバイス（半導体集積回路素子、液晶表示素子等）の製造方法は、前述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板（ウエハ、ガラスプレート等）を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。

本発明の露光装置は、ステップアンドリピート方式の露光装置にも適用可能であるが、その場合には、原版Ｍ２をＹ軸方向に移動する機構が必要である。

本実施例の露光装置の斜視図である。 図１に示す露光装置の断面図である。 図１に示す露光装置の原版の平面図である。 本実施例の評価方法のフローチャートである。

符号の説明

１０ 露光装置
２０ 原版ステージ
３０ 投影光学系
４０ 基板ステージ
Ｍ１、Ｍ２ 原版

Claims (9)

1. 原版のパターンの像を基板上に投影する投影光学系と、
   露光に使用されるパターンを持つ露光用原版と、前記投影光学系の光学性能の評価に使用されるパターンを持つ評価用原版と、を搭載する原版ステージと、
   前記原版ステージを走査方向である第１方向に駆動させる第１駆動機構と、
   前記評価用原版を前記原版ステージ上で駆動させる第２駆動機構と、
   を有し、
   前記評価用原版の前記第１方向と直交する方向である第２方向の幅は、前記露光用原版の第２方向の幅よりも短く、
   前記第２駆動機構は、前記評価用原版を第２方向に駆動させることを特徴とする露光装置。
2. 前記露光用原版の照明領域を照明する照明光学系を更に有し、
   前記評価用原版の第２方向の幅は、前記露光用原版の照明領域の第２方向の幅よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記評価用原版の第１方向の幅は、前記露光用原版の第１方向の幅よりも短いことを特徴とする請求項１又は２に記載の露光装置。
4. 前記露光用原版は少なくとも２５０ｍｍよりも大きい辺を有し、前記評価用原版は一辺が５０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下に設定されていることを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか一項に記載の露光装置。
5. 露光用原版の露光用パターンの像を投影光学系で基板上に投影し、前記露光用原版及び前記基板を走査方向である第１方向に移動して前記基板を走査露光する露光装置の前記投影光学系の光学性能を評価する評価方法であって、
   前記投影光学系の光学性能の評価に使用される評価用パターンを持つ評価用原版を前記第１方向と直交する第２方向に移動するステップと、
   前記評価用パターンの像を前記投影光学系で投影するステップと、
   を有し、
   前記評価用原版の第２方向の幅は、前記露光用原版の第２方向の幅よりも短いことを特徴とする評価方法。
6. 前記投影光学系の露光で使用される範囲に前記評価用原版が移動した後、
   前記評価用原版の前記評価用パターンの像を前記投影光学系で投影し、
   前記投影光学系で投影された前記評価用パターンの像に基づいて、前記投影光学系の光学性能を評価することを特徴とする請求項５に記載の評価方法。
7. 前記評価用原版を照明する照明領域は前記露光用原版を照明する照明領域よりも小さいことを特徴とする請求項５又は６に記載の評価方法。
8. 前記評価用原版を駆動する駆動機構を含む前記投影光学系以外の部材が露光結果に与える影響を相殺するように前記投影光学系を予め調節するステップを更に有することを特徴とする請求項５〜７のうちいずれか一項に記載の評価方法。
9. 請求項１〜４のうちいずれか一項に記載された露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された基板を現像するステップと、
   を有することを特徴とするデバイスの製造方法。